《第2章-pwm直流变换电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章-pwm直流变换电路（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,2.1 概述2.2 单象限降压型电路2.3 2.8 其它电路简介,第2章 PWM直流变换电路,2,2.1 概述,2.1.1 电力电子电路的分类2.1.2 直流变换电路的分类2.1.3 直流变换电路的基本用途,2.1.1 电力电子电路的分类,电力电子电路,按电路作用,功率电路（主电路）,控制电路,按变换功能,直流变换电路,交流变换电路,整流电路,逆变电路,按变换级数,按控制方式,按开关环境,按电能流传方向,直接变换电路,间接变换电路,相控式电路,频控式电路,斩控式电路,组合式电路,软开关电路,硬开关电路,单向电路,双向电路,2.1.2 直流变换电路的分类,直流变换电路,按输入输出电压,降压电
2、路 升压电路 升/降压电路,按工作范围,按控制方式,按变换级数,按电路构成,电流双象限 电压双象限,单象限电路双象限电路四象限电路,脉冲宽度调制（PWM） 脉冲频率调制（PFM） 混合调制,直接式电路 间接式电路,基本电路 组合电路,按入端滤波,电压源电路 电流源电路,5,2.1.3 直流变换电路的基本用途,直流变换电路可用于构成直流调速电源和开关电源等。,传统的直流调速电源由相控式整流电路构成，但存在 深控下网侧功率因数低，功率密度低和系统快速性差 等缺点。PWM直流变换电路能够克服相控电路存在的缺点。因而更适合于车辆电力传动和各种伺服系统。,小容量直流稳压电源的传统形式是串联线性型电源。这
3、种电源存在效率低，体积大和可靠性差等缺点。由于采用开关频率较高的斩控开关方式，直流变换电路能克服传统电源的缺点，成为广泛应用的新型开关式直流稳压电源(简称开关电源)。,6,2.2 单象限降压（Buck）型电路,2.2.1 电路外特性分析2.2.2 输出滤波电路的参数选择2.2.3 PWM控制电路,7,2.2.1 电路外特性分析,图2-1 单象限降压型电路 a)电路结构 b)等效电路 c)CCM下的电量波形 d)DCM下的电量波形 e)带直流电动机负载,8,2.2.1 电路外特性分析,1、基本假设1）电路中所有器件(包括全控型器件VT和二极管VD，图中VT 符号将代表电力MOSFET、IGBT和
4、GTR等全控型器件)均无惯性，因而开关状态的更迭均瞬间完成，也即图2-1b中等效开关S位置的转换不需要时间。2）VT和VD导通内阻同为ron，滤波电感直流内阻rL ，图2-1a等效直流内阻ro = ron + rL 。3）直流电源无纹波（Cd足够大），ud Ud，直流母线的分布电感Ls=0。4）输出滤波电感Lo足够大，电感电流iL近似于线性升降；输出滤波电容Co足够大，无源负载电压u1无纹波，即u1 =U1。,9,2.2.1 电路外特性分析,图2-2 降压型电路的开环外特性,实线为ro =0情况 ； 点画线为ro 0情况；虚线为CCM与DCM分界线,10,2.2.1 电路外特性分析,2、电流连
5、续状态（CCMContinuous Current Mode）下的外特性分析,t=ton时控制VT导通； t=toff时控制VT截止则：D=ton/T =/T 称为占空比 ， Do=toff /T=1-D,11,2.2.1 电路外特性分析,1） ro = 0的情况,电感L两端的电压：,电感L的电流iL，在稳态运行时，一个周期内的增量和减量相等，即：,（2-2）,直流输出电压：,（2-3）,直流电压增益：,（2-4）,12,2.2.1 电路外特性分析,2） ro 0的情况,直流输出电压：,（2-6）,即：,（2-7）,临界连续电流：,（2-11）,最大临界连续电流：,（2-12）,则：,（2-1
6、3）,或,13,2.2.1 电路外特性分析,3） 带电动机负载的情况,直流输出电压：,直流电动机反电势：,（2-14）,直流电动机转速：,即：,（2-15）,其中： 称空载转速 （即电动机的额定转速）,14,2.2.1 电路外特性分析,3、电流断续状态（DCMDiscontinuous Current Mode）下的外特性分析,t=ton时控制VT导通； t=toff时控制VT截止,15,2.2.1 电路外特性分析,负载电流平均值：,由：,（2-16）,（2-18）,得：,（2-17）,而：,则：将式（2-17）和式（2-18）代入式（2-16）整理得,（2-19）,直流输出电压：,（2-20
7、）,16,2.2.2 输出滤波电路的参数选择,1、滤波电感Lo 的选择,（2-21）,电路工作在CCM状态，设最小平均电流为IoM ,则,（2-22）,2、滤波电感Co 的选择,（2-25）,（2-26）,17,2.2.3 PWM控制电路,1、单象限变换电路的一般控制结构,图2-3 PWM DCDC变换电路结构图 1直流电源 2功率开关主电路 3输出滤波电路 4负载 5驱动电路 6检压电路 7电压调节器 8PWM信号生成电路 9振荡器 10分相电路 11电压给定,18,2.2.3 PWM控制电路,2、用SG1525控制的直流不可逆调速系统,图2-4 IGBT不可逆直流调速系统,19,2.2.3
8、 PWM控制电路,图2-4 IGBT不可逆直流调速系统,图2-5 SG1525的内部结构图,8组合门：四输入或（或非）门。,产生PWM信号up,（1）正常调速过程：调Rp，即调给定uR,1基准电压源：三端稳压电路，输出电压UST=5.1V，精度为1%。,2振荡电路：产生锯齿波UC和矩形波UK。,3误差放大器：对电压给定uR和反馈信号uf差值进行放大。,4APWM比较器 4BPWM锁存器,5分相电路：由触发器构成，产生相位互补两路方波Q和,6输出电路 ：两组结构相同的功放构成。,7欠电压封锁：输出欠电压信号。,（2）软启动功能：Cso产生缓升电压uso,（3）欠电压保护：Ucc1 7V时，封锁P
9、WM信号,（4）故障封锁：故障电压UFU 封锁PWM信号,（5）死区宽度调节：调RD。,20,2.2.3 PWM控制电路,图2-6 控制芯片SG1525的电量波形,21,2.32.8 其它电路简介,2.3 单象限升压型电路2.5 电流双象限电路2.6 电压双象限电路2.7 单极性PWM四象限电路2.8 双极性PWM四象限电路2.4 单象限隔离型电路,22,2.3 单象限升压（Boost）型电路,图2-9 单象限升压型电路 a)主电路(ro =0) b)等效电路 c)电量波形(CCM) d)电量波形(DCM) e)主电路(ro 0),23,2.3 单象限升压（Boost）型电路,升压型电路的典型
10、应用： （1）单相功率因数校正（Power Factor CorrectionPFC）电路； （2）直流电动机传动。,补充图 1 用于直流电动机传动的升压型电路,直流电动机工作在第二象限，处于发电制动状态。,图2-1 单象限降压型电路,直流电动机工作在第一象限，处于电动状态。,24,2.5 电流双象限电路,图2-27 电流双象限电路的电量波形 a)主电路结构 b ) Io 0 c) =0 d) 0,Io,Io,25,2.6 电压双象限电路,图2-34 电压双象限电路的电量波形 a)主电路结构 b ) Uo 0 c) 0,Uo,26,2.6 电压双象限电路,图2-36 不同工作象限下的平均值等效
11、电路 a)第一象限 b)第二象限 c)第三象限 d)第四象限,27,2.7 单极性PWM四象限直流变换电路,图2-38 同频式单极性PWM四象限直流变换电路 a)主电路结构 b)等效电路 c) 0时电量波形 d) 0时电量波形,Us,Us,28,2.7 单极性PWM四象限直流变换电路,29,2.8 双极性PWM四象限直流变换电路,30,2.4 单象限隔离型电路,补充图2 间接直流变流电路的结构,同前述电路相比，电路中增加了交流环节，因此也称为直交直 电路。 采用这种结构较为复杂的电路来完成直流直流的变换有以下原因输出端与输入端需要隔离。 某些应用中需要相互隔离的多路输出。 输出电压与输入电压的
12、比例远小于1或远大于1。交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。如果输入端的直流电源是由交流电网整流得来，则构成交直交直电路，采用这种电路的装置通常被称为开关电源。,31,2.4 单象限隔离型电路,图2-16 单端反激式电路,32,2.4 单象限隔离型电路,图2-21 单管正激式电路,33,2.4 单象限隔离型电路,图2-24 双管正激式电路,34,2.4 隔离型电路,补充图3 半桥电路原理图,补充图4 全桥电路原理图,35,2.4 隔离型电路,补充图5 推挽电路原理图,36,2.4 隔离型电路,补充表 1 各种不同的间接直流变流电路的比较,37,2.4 隔离型电路应用开关电源,补充图6 线性电源的基本电路结构,补充图7 半桥型开关电源电路结构,开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优于线性电源，因此已经基本取代了线型电源，成为电子设备供电的主要电源形式。,
